柴達木盆地英西地區漸新統儲層特征及成藏模式

杜江民，龍鵬宇，秦瑩民，張 桐，馬宏宇，盛 軍

（1.河北地質大學河北省戰略性關鍵礦產資源重點實驗室，石家莊 050031；2.河北地質大學地球科學學院，石家莊 050031；3.中國石油集團西部鉆探工程有限公司試油公司，新疆克拉瑪依 834000；4.中國石油集團西部鉆探工程有限公司地質研究院，新疆克拉瑪依 834000；5.中國石油青海油田分公司勘探開發研究院，甘肅敦煌 736202）

0 引言

柴達木盆地位于青藏高原的北麓，自新生代以來，盆地在青藏高原隆升背景之下逐步抬升并咸化，湖盆整體較為封閉，周邊河流源源不斷地將礦物質帶入湖盆中，隨著水體的不斷蒸發，在鹽源供給充足的條件下，形成了典型的高原咸化湖盆［1-3］。英西地區位于柴達木盆地西部凹陷區，其深層漸新統E32為整個凹陷的主力烴源巖層，巖性主要為一套細粒的混積巖，其礦物成分包括泥質、碳酸鹽、鹽類礦物以及細粒的陸源碎屑［4-5］。近年來，勘探家們在英西地區陸續獲得重大發現，鉆探的數十口井均獲得工業油氣流，打破了過去勘探家們關于2 個方面的疑慮：有效儲集層的可能缺乏和烴源巖的質量較差可能造成的油源不足。學者們通過多年不懈努力研究得出，研究區目的層不僅是一套烴源巖層，而且儲集性能也較好，該層段發育自生自儲型油氣藏［6-8］。2014—2015 年，付鎖堂等［9］通過研究認為，研究區的伸展構造背景下的凹陷沉積區利于生烴和成藏，且中新世的伸展背景逐漸反轉為新近紀的走滑擠壓背景，此時形成的英西地區是油氣聚集和成藏的重要場所，勘探潛力巨大。袁劍英等［10-11］提出“柴西凹陷區深層（E32）為咸化湖沉積，極易發育巖性油氣藏”。黃成剛等［12-13］通過實驗分析認為，英西地區的儲集層主要為混積的白云巖，發育白云石晶間孔，且裂縫起到了很好的油氣輸導作用，二者為該區高產穩產的主控因素。李翔等［14］對裂縫成因進行了研究，包括異常高壓成縫、構造應力造縫等。關于咸化低豐度源巖生烴方面的研究也取得了豐碩成果［10］，學界普遍認為，咸化湖盆低豐度-低熟烴源巖也可形成大油氣田，其生烴既包括干酪根，又可以是可溶有機質。

在近十年來一系列研究成果的指導下，英西地區的油氣勘探不斷邁上新臺階，尤其是2015 年以來獲得了多口日產量達千噸的高產井。在平面分布特征上，高產井并不嚴格受構造圈閉的控制，且縱向深度上油氣層的分布也較廣，規律性不強，可見其油氣富集模式復雜。筆者通過系統的巖心分析測試，結合構造演化特征、地層埋藏史和油氣充注史，探討英西地區的成藏主控因素，構建成藏模式，以期對柴西地區或類似地質條件的油氣勘探提供借鑒。

1 地質概況

新生代以來，印度板塊向歐亞大陸俯沖碰撞，形成了近南北向的擠壓作用，地質學家將其稱之為喜馬拉雅運動。喜馬拉雅運動對我國大陸新生代構造具有重大影響，其直接導致了青藏高原的隆升，進而形成了我國西北地區的氣候干旱和荒漠化。柴達木盆地位于青藏高原的阿爾金山、昆侖山和祁連山等三大山系之間，為一高原咸化含油氣盆地。英西地區在喜馬拉雅運動多期構造活動的影響下形成了現今的構造格局，強烈的構造運動產生了大量斷裂系統，不僅為油氣運移提供通道，而且裂縫自身也具有一定的儲集功能。漸新統早期（E31），英西地區發生湖侵而成為沉積中心，隨著湖水面積逐漸擴大，接受沉積的區域也較大，周緣廣泛發育辮狀三角洲沉積和扇三角洲沉積，漸新世中晚期（E32），湖水面積達到峰值，研究區水體最深，沉積了一套半深湖—深湖相混積巖，此時幾乎整個凹陷均接受大面積沉積，之后湖水逐漸變淺，頂部接受了一套細粒碎屑巖沉積。因此，漸新世英西地區一直地處湖相沉積中心［圖1（a）］，沉積物粒度較細，巖石礦物組成復雜，主要為碳酸鹽和泥質，含陸源碎屑，且現今埋藏較深，儲層較為致密。油田生產部門將漸新統E32劃分為6 個油層組，自上而下分別為Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ，Ⅳ，Ⅴ，Ⅵ油層組，在全區具有較好的對比性，其中Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ屬于鹽間油層組，Ⅳ，Ⅴ，Ⅵ屬于鹽下油層組［圖1（b）］。

2 巖石學特征

通過對英西地區漸新統主要儲集巖進行巖心觀察和薄片鑒定可以得出，研究區的巖石以深灰色—灰色為主，泥晶結構，巖心上肉眼可見石鹽和石膏等鹽類礦物，部分沉積成層，部分以分散狀礦物附存于巖石中［圖2（a）—（e）］，鑄體薄片在偏光顯微鏡下可見藍色鑄體呈彌散狀分布，難以見到大孔，偶見裂縫，石膏在正交偏光下可見黃綠等高級干涉色［圖2（f）—（h）］。巖石粉末樣品的X 射線衍射全巖礦物含量分析結果顯示，鹽間地層和鹽下地層均以泥晶碳酸鹽巖為主，部分微小層含砂或含泥較多，可能造成分析結果為砂巖或泥巖，與取樣位置緊密相關。巖石的主要礦物組成存在較大差異（表1），如果統計樣品數足夠多，可以得出鹽間地層的鹽類礦物含量要高于鹽下地層，鹽下地層的碳酸鹽礦物含量要高于鹽間地層。表1 僅列出部分樣品的礦物組成，其統計結果顯示，鹽間地層碳酸鹽平均質量分數為40.6%，泥質平均質量分數為17.9%，陸源碎屑平均質量分數為29.6%，其它礦物平均質量分數為11.9%；鹽下地層碳酸鹽平均質量分數為49.0%，泥質平均質量分數為15.7%，陸源碎屑平均質量分數為21.7%，其它礦物平均質量分數約為13.7%。鹽間地層發育較多具有一定厚度的成層性的巖鹽和膏巖，因其為非儲層，在儲層分析取樣過程中予以了回避，可以推測鹽間地層沉積期湖水蒸發作用較強，水體逐漸變淺，陸源碎屑供給更充足，且水體中攜帶的礦物質更豐富。

圖2 英西地區漸新統E32 儲層巖心與顯微照片（a）含粉砂泥質白云巖，鉆井液溶蝕，E32 鹽間，S38 井，2 794.82 m 巖心照片；（b）含粉砂泥質白云巖，新鮮斷面致密，E32 鹽間，S38 井，2 796.02 m，巖心照片；（c）含粉砂白云巖，新鮮斷面致密，E32 鹽下，S3-1，4 366.80 m，巖心照片；（d）石鹽，E32 鹽間，S37，2 695.25 m；（b）薄層石膏，E32 鹽下，S32 X，4 153.00 m；（e）薄層石膏，E32 鹽下，S32 X，4 153.00 m；（f）彌散狀晶間孔（淡藍色）發育，S3-1 井，4 373.25 m，鑄體薄片，右半部分染色，2.5 cm；（g）鈣芒硝，E32 鹽間，S1-2，2 758.50 m，偏光顯微鏡照片；（h）含泥白云巖，白云石晶間孔，E32 鹽間，S37 井，2 696.03 m，（藍色）鑄體單偏光Fig.2 Cores and micrographs of Oligocene E32 reservoir in Yingxi area

表1 柴達木盆地英西地區漸新統E儲集巖X 射線衍射全巖礦物含量Table 1 X-ray diffraction total rock mineral content of Oligocene E32 reservoir rocks in Yingxi area，Qaidam Basin

表1 柴達木盆地英西地區漸新統E儲集巖X 射線衍射全巖礦物含量Table 1 X-ray diffraction total rock mineral content of Oligocene E32 reservoir rocks in Yingxi area，Qaidam Basin

研究區的鹽類礦物主要包括石鹽和石膏，二者均存在2 種附存狀態：一種附存狀態為具有一定厚度的鹽層，另一種以礦物顆粒形式分散賦存于碳酸鹽巖中，宏觀上具有以下分布特征：①鹽間地層的“鹽”厚度較大，為優質蓋層，質地較為純凈，最厚可達數米，化學成分多為氯化鈉，鹽下地層的“鹽”厚度較小，呈薄層狀分布，厚數厘米到數十厘米不等，化學成分以硫酸鈣為主。②分散賦存于巖石中的鹽類礦物，在鹽間地層和鹽下地層中均較常見，但鹽間地層的氯化鈉含量較高，鹽下地層的石膏更發育，且鹽下地層的鈣芒硝也較常見。

3 儲層物性與儲集空間類型

英西地區287 個巖心樣品的物性分析結果顯示，孔隙度多為2%～8%，平均為4.6%（圖3）；滲透率多為0.01～0.10 mD，平均為0.09 mD，由于部分樣品含裂縫、滲透率值較高，使得平均值被拉大而不具有參考價值。按照國家能源局公布的行業標準SY/T 6285—2011《油氣儲層評價方法》［15］，可將研究區的儲層劃歸為“低孔—特低滲”級別。整體上巖心較致密，巖心觀察時，極易將鉆井過程中泥漿溶蝕巖心表面的鹽類礦物而形成的針孔狀孔隙誤認為地質條件下形成的溶蝕孔，剖開新鮮斷面未見類似表面的溶孔，通過對巖心注入帶顏色（如藍色）的環氧樹脂后干磨制片，然后放置到偏光顯微鏡下進行鑒定，可以看出彌散狀的微孔隙廣泛分布，甚至超過顯微鏡的分辨率而難以識別，僅能隱隱約約看見呈片分布的藍色物質，場發射掃描電鏡下可以清晰地觀察到三角形、鋸齒狀等孔隙，孔隙直徑多小于1 μm，這類孔徑極小但數量巨大的白云石晶間孔為研究區儲集巖的主要儲集空間［圖4（a）—（d）］。另一類儲集空間類型為裂縫，按照成因可分為層間縫和構造裂縫［圖4（e）—（h）］，前者為沉積時礦物的分異所致，后者為異常高壓造縫或構造應力作用形成。湖相碳酸鹽巖中形成水平或者平行層理是非常普遍的，砂、泥和碳酸鹽互層，有的甚至形成頁理狀，因研究區目的層自身具有生油功能，層間縫中普遍含油，與構造作用等其他因素形成的垂直或斜交層理縫共同組成了網狀裂縫系統，為油氣輸導到低勢區提供了三維空間通道。部分巖石薄片中可見與裂縫連通處的孔隙更發育，孔徑更大，單偏光下可見黑色殘留的石油，整體上溶蝕作用較微弱，僅在裂縫周緣進行輕微擴容。

圖3 英西地區漸新統E32儲層物性特征Fig.3 Physical properties of Oligocene E32 reservoir in Yingxi area

圖4 英西地區漸新統E32儲層孔隙類型（a）白云石晶間孔發育，S3-1 井，4 365.55 m，SEM；（b）白云石晶間孔發育，S3-1 井，4 365.55 m，SEM；（c）白云石晶間孔發育，S3-1 井，4 365.55 m，SEM；（d）白云石晶間孔發育，S3-1 井，4 365.55 m，SEM；（e）裂縫未被鹽類礦物完全充填，S3-1 井，4 371.15 m，（藍色）鑄體薄片；（f）裂縫未被鹽類礦物完全充填，S3-1 井，4 371.15 m，（藍色）鑄體薄片；（g）裂縫未被鹽類礦物完全充填，S3-1 井，4 369.70 m，（藍色）鑄體單偏光；（h）裂縫未被鹽類礦物完全充填，S3-1 井，4 369.70 m，（藍色）鑄體單偏光Fig.4 Pore types of Oligocene E32 reservoir in Yingxi area

4 英西構造帶的演化特征

英雄嶺構造帶在平面上具有分帶性，整體上具有“南北分帶、東西分段”的特征（圖5）。從南到北可分為3 個三級構造帶，分別為南帶的英西—油砂山構造帶、中帶的干柴溝構造帶和北帶的咸水泉—油泉子構造帶。且各帶的形成時間和構造樣式存在明顯差異［16］。東西向可分為2 段：西段的獅子溝—油砂山構造、干柴溝構造、咸水泉構造、獅北凹陷、咸南凹陷呈“三隆兩凹”格局；東段的油砂山構造、油泉子—開特構造帶和茫崖坳陷呈“兩隆一凹”格局。其中南帶的英西地區為本次研究的重點，其漸新統E32發育厚層泥晶碳酸鹽巖、泥巖、膏鹽巖，這些巖性為大型滑脫斷裂（獅子溝和油砂山斷裂）的發育提供了物質基礎，以該滑脫斷裂為界，上下分為兩層，深層的斷裂早期為同沉積正斷層，構造帶晚期隆升時發生反轉，形成的圈閉類型多為斷塊、斷背斜。淺層斷裂則為構造帶晚期隆升時形成的英西和油砂山大型滑脫逆沖斷裂，其圈閉類型以背斜、斷背斜為主。

圖5 英西地區漸新統E32 地震解釋剖面Fig.5 Seismic interpretation section of Oligocene E32 reservoir in Yingxi area

馬新民等［17］根據英西地區S46 井的地層速度和對過井地震剖面進行時深轉換的結果，在考慮去壓實和斷層造成的地層重復的基礎上，恢復了研究區漸新統E32原始沉積地層厚度和地層頂—底界年齡，從而計算出其沉積速率（圖6），結果顯示漸新統E32的沉積速度最高，平均為354 m/Ma。

圖6 英西地區古近系—新近系各組的沉積速度對比（據文獻［16］修改）Fig.6 Sedimentary velocity comparison of Paleogene-Neogene formations in Yingxi area

喜馬拉雅運動早期，研究區經歷了路樂河組的“填平補齊”式沉積，至下干柴溝組沉積期，柴西凹陷整體處于伸展背景下的快速沉降階段，之后發生喜馬拉雅晚期擠壓背景下的快速隆升，結合區域地質背景，可以將英西地區新生代以來構造演化總結為以下3 個階段：①古近紀斷坳階段。研究區鉆井揭示，斷陷早期沉積的路樂河組為一套紅色中—粗砂礫巖，下干柴溝組為主要斷陷期，沉積了一套暗色泥晶碳酸鹽巖、泥巖，與鹽類礦物混積，廣泛發育的塑形泥巖和膏巖層為后期褶皺滑脫的產生提供了物質基礎。這一階段，早期的正斷層基本停止了活動。②中新世—上新世早期弱擠壓階段。中新世以來，盆地內部塊體的向東運移受限，進入擠壓坳陷階段。英西地區發育低角度擠壓逆沖構造，深層的正斷層發生反轉，淺層發生褶皺滑脫，段距和強度均較小，分布范圍局限，現今構造雛形初現。③上新世晚期—第四紀強烈擠壓階段。隨著青藏高原的快速隆升，且在昆侖山和祁連山的擠壓下，各構造進入反轉隆升階段，最終形成了現今的構造格局。這一復雜的構造演化歷程對油氣的生成、運移、聚集成藏等均具有重要影響，對于構造演化階段的梳理可為目的層的原生油氣藏和上覆地層中次生油氣藏的勘探指明方向。

5 油氣成藏條件與模式

5.1 油氣藏類型

油氣藏可粗略地劃分為常規油氣藏和非常規油氣藏［18］，非常規油氣藏包括“連續型”油氣藏與“非連續型”油氣藏。杜江民等［19］將英西油田歸類為“連續型”非常規油氣藏，該類油氣藏具有以下特征：無明顯的圈閉界限、分布范圍較廣、難以分辨出統一的油氣水界面和壓力系統、儲集體規模較大、滲透率較低且具有“自生自儲”特征（圖7）。湖相碳酸鹽巖油氣藏大多屬于此類非常規油氣藏，該類油氣藏多發育于凹陷中心和沉積中心，分布面積較大，沉積物粒度較細，物性較差，儲集層以納米—微米級微孔為主，自身既發育具有生油能力的烴源巖，如暗色泥晶碳酸鹽巖和泥巖，又發育具有一定儲集能力的巖石，如陸源碎屑條帶、碳酸鹽礦物白云石化后的混積白云巖，自成“源儲一體”的特征。英西地區的咸化湖相沉積物中不僅含有烴源巖生烴的催化劑，而且漸新統E32上部沉積的一套致密巖鹽和石膏可作為良好蓋層，為儲量規模巨大的油氣藏的形成和保存奠定了基礎，儲集體中的流體運聚動力以非浮力作用為主，裂縫發育區可作為勘探鉆井的有利區，發現井可能會是短期的超高產井，但隨著壓力的衰減、裂縫的閉合，產量可能快速遞減，因此油氣開采時應注意保持地層壓力，才能持續穩產。源內殘留烴也可作為有效勘探資源，湖相碳酸鹽巖凹陷區多是“滿凹含油”、“井井見油”的局面，整個凹陷區可被視為一個大型的油氣聚集單元或大油氣藏。盆地周緣的斜坡區發育地層油氣藏和巖性油氣藏，高部位發育背斜構造。儲集體的儲集空間較發育，孔隙小而多，但滲透率較低，孔徑以0.40～1.07 μm 的白云石晶間孔［20］為主，流體運聚動力以非浮力驅動為主，存在“超壓+浮力”驅動和“超壓+擴散”驅動等類型。

圖7 咸化湖盆碳酸鹽巖“連續型”非常規油氣藏及周緣油氣藏類型（據文獻［18-19］修改）Fig.7 Continuous unconventional oil and gas reservoirs of lacustrine carbonate rocks and their peripheral oil and gas reservoir types of saline lacustrine basin

5.2 烴源巖特征

英西地區咸化湖盆沉積的湖相碳酸鹽巖和泥巖均具有一定的生烴能力，因混積原因造成其總有機碳含量不高，TOC 質量分數多為0.5%～1.0%，有機質類型多以“中等—差”級別為主，且成熟度較低，以未熟—低熟為主，其鏡質體反射率Ro值多為0.53%～0.89%。但咸化環境對生烴機理具有重要影響［21-22］，咸化湖盆烴源巖具有典型的“雙峰式”生烴模式，可在未成熟階段生產生物氣、低成熟階段在催化作用下生產低熟油（圖8），且英西地區漸新統E32巖石中存在大量分散可溶有機質，也可在低熟階段大量生、排烴，據部分樣品分析結果發現，可溶有機質約占總有機碳的18%，且具有較高的液態烴轉化率，其裂解所需的活化能更低，可在較低溫度即達到較高產烴率。

圖8 英西地區漸新統E32咸化環境生烴模式Fig.8 Hydrocarbon generation model in saline environment of Oligocene E32 reservoir in Yingxi area

5.3 油氣成藏期次

英西地區漸新統E32湖相碳酸鹽巖儲層中的含烴鹽水包裹體測試結果顯示，均一溫度呈多峰式分布，可判斷出3 期油氣充注史（圖9）：①第1 期充注發生于N21，對應的均一溫度多為90～100 ℃；②第2 期充注發生于N22，對應的均一溫度多為110～120 ℃；③第3 期充注發生于N23，對應的均一溫度多為140～150 ℃。除這些峰值區間外，少量均一溫度數據在其他區間也具有連續分布特征，表明其油氣充注具有“以3 期主力充注為主、多期持續充注為輔”的特征。綜上所述，英西地區漸新統E32主力烴源巖于N21（19 Ma）進入生烴門限，N22（15.5～10 Ma）達到主力生、排烴期，N23（7.5 Ma）進入尾聲，為相對較長的生、排烴過程，這類持續生烴、多期持續充注的特征是自生自儲型油氣藏形成的基礎。

圖9 英西地區漸新統E32儲層埋藏史及其油氣充注史Fig.9 Burial history and hydrocarbon charging history of Oligocene E32 reservoir in Yingxi area

5.4 斷裂輸導體系

喜馬拉雅晚期構造運動使得英西地區發育多級次斷層，這些斷裂對油氣運移及其最終歸屬富集地具有重要影響，也是后期油氣藏開采過程中油氣運移至井口的重要通道，油氣層在縱向上的分布特別是高產層段主要集中在次級斷層附近。烴源巖生、排烴所產生的異常高壓不僅為油氣的運移提供了充足的動力，而且產生了大量裂縫，可為油氣運移提供通道。研究區實測地層壓力結果顯示，高產井的地層壓力系數均較大（表2）。

表2 英西地區漸新統E32 地層壓力測試結果Table 2 Formation pressure test results of Oligocene E32 reservoir in Yingxi area

5.5 成藏模式

通過對英西地區漸新統E32油氣成藏條件的分析，總結了研究區湖相碳酸鹽巖成藏模式（圖10）：①英西凹陷自身具有一定的生油能力，生油巖雖然豐度不高，質量中等，但具有兩大優勢，一為咸化環境可以起到催化作用，二為巖石中含大量可溶有機質。②研究區儲集層物性較差，但白云石化作用可形成晶間孔，且異常高壓和構造運動在研究區形成了大量微裂縫，均可作為儲集空間，“連續型”非常規油氣藏儲集體規模大，可以有效彌補儲集體物性較差的缺陷，依然可以形成儲量規模巨大的油氣聚集區。③研究區漸新統E32的Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ等鹽間油層組發育累計厚度達數十米的巖鹽層和石膏層，可以起到良好的封蓋作用。④研究區受晚喜馬拉雅運動的影響，構造裂縫十分發育，對油氣的二次運移和聚集、次生油氣藏的形成均具有重要影響，裂縫在油氣輸導體系中發揮著巨大作用，利于油氣垂向運聚成藏；層間縫的發育利于油氣橫向運聚成藏。④烴源巖在生、排烴過程中產生的異常高壓是研究區油氣運移的主要驅動力，存在“超壓+浮力”驅動和“超壓+擴散”驅動等類型。⑥研究區多期次持續充注和晚期成藏特征有利于油氣選擇優勢區聚集，這些成藏要素在時間和空間上的有機耦合促進了英西億噸級大型油氣藏的形成。

圖10 英西地區漸新統E油氣成藏模式（據文獻［17］修改）Fig.10 Hydrocarbon accumulation model of Oligocene E3 2 reservoir in Yingxi area

6 結論

（1）柴達木盆地英西地區漸新統E32主要儲集巖以湖相碳酸鹽巖為主，夾細粒的陸源碎屑、泥質和各種鹽類礦物，物性以“低孔-特低滲”型為主，部分孔隙度可達10%或以上，但滲透率絕大多數小于0.1 mD。主要孔隙類型包括白云石晶間孔、溶蝕孔和各類裂縫系統。

（2）英西地區的構造演化整體上具有“南北分帶、東西分段”的特征，主要經歷了古近紀斷坳階段、中新世—上新世早期弱擠壓階段、上新世晚期—第四紀強烈擠壓階段等3 個階段，最終形成了現今的構造格局，這一復雜的構造演化歷程對油氣的生成、運移、聚集成藏等均具有重要影響，可為目的層的原生油氣藏和上覆地層中次生油氣藏勘探指明方向。

（3）英西地區漸新統E32油氣藏屬于“連續型”非常規湖相碳酸鹽巖油氣藏，分布范圍廣、面積大，無明顯的圈閉界限、無統一的油氣水界面和壓力系統、滲透率較低且具有“自生自儲”特征，流體運聚動力以非浮力驅動為主，存在“超壓+浮力”驅動和“超壓+擴散”驅動等類型。

（4）英西地區漸新統E32油氣成藏條件具有特殊性，其生油巖豐度低、質量中等，但巖石中含大量可溶有機質，具有多階段生烴特征。研究區儲集層物性較差，但儲集體規模大。鹽間油層組發育的優質蓋層可以起到良好的封蓋作用。油氣充注具有“以3 期主力充注為主、多期持續充注為輔”的特征。各種成因的裂縫系統的發育為油氣的二次運移和大規模聚集提供了通道，烴源巖在生、排烴過程中產生的異常高壓在油氣開采過程中發揮著重要驅動作用。